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Cosmologie. Age des galaxies naines voisines

Les galaxies satellites orbitant autour de la nôtre seraient les plus anciennes de l'univers

Notre galaxie, la Voie Lactée, est entourée d'une cinquantaine de galaxies satellites de petite taille orbitant autour d'elle. Il était supposé que celles-ci étaient approximativement du même âge que la nôtre, soit 13,5 milliards d'années. Des observations récentes montrent qu'elles seraient bien plus anciennes. Elles auraient approximativement le même âge que l'univers, soit  14  milliards d'années. La différence  peut paraître mineure, mais elle reste à expliquer, les galaxies proches étant supposées s'être toutes formées en même temps.

On compte environ 50 petites galaxies situées dans un rayon d'environ 420 kiloparsecs, soit 1,37 millions d'années lumière autour de la Voie lactée, bien qu'elles ne sont pas nécessairement toutes en orbite autour de cette dernière. Les seules visibles à l'œil nu sont les Nuages de Magellan observés dès la préhistoire et qui ne sont probablement pas en orbite autour de la Voie lactée. La plus grande galaxie dont l'orbite est confirmée est la galaxie naine du Sagittaire d'un diamètre d'environ 2,6 kiloparsecs.

Or les recherches d'une équipe d'astrophysiciens (références ci-dessous) montreraient que les galaxies naines orbitant autour de la nôtre feraient partie des premières galaxies s'étant formées dans notre univers. Les galaxies observées, soit Segue-1, Bootes I, Tucana II et Ursa Major I, seraient âgées de 13 milliards d'années.

Selon les hypothèses classiques concernant la formation de l'univers, celui-ci, 389.000 après le Big Bang, aurait vu apparaître les premiers atomes, soit des atomes d'hydrogène, le gaz le plus simple. Ils ont formé des nuages qui en se refroidissant graduellement ont constitué des « halos «  de matière noire. Ce terme désigne  une matière hypothétique, non directement observable, qui contribuerait à l'équilibre gravitationnel des galaxies, ce que ne peut pas faire à elle seule la matière visible. https://fr.wikipedia.org/wiki/Mati%C3%A8re_noire#Nature_de_cette_mati%C3%A8re_sombre

Cette période de refroidissement, désignée du terme d'âges noirs cosmiques ou « Cosmic dark ages » a duré environ 100 millions d'années. Les nuages de gaz qui constituaient les « halos » devinrent instables et commencèrent à former des étoiles qui se regroupèrent sous l'influence de la gravité en galaxies. Avec la formation des premières de celles-ci, ayant libéré des photons,  l'Univers devint lumineux, ce qui mit fin à l'âge noir cosmique.

Les chercheurs auteurs de l'étude identifièrent deux populations de galaxies orbitant autour de la Vois Lactée. Les premières, en petit nombre, s'étaient formées durant l'âge noir cosmique. Les autres, légèrement plus lumineuses, sont apparues des centaines de millions d'années plus tard, une fois que l'hydrogène qui avait été ionisé par la radiation ultra-violet intense émise par les premières étoiles se soit refroidie suffisamment pour donner naissance à des halos de matière noir beaucoup plus massifs https://fr.wikipedia.org/wiki/Hydrog%C3%A8ne

Ils avaient établi précédemment des modèles mathématiques concernant l'âge de formation des galaxies qui furent confirmés par leurs observations récentes. Leurs hypothèses concernant l'existence de galaxies d'âge différent confirme selon eux le modèle dit « Lambda-cold-dark-matter model » selon lequel ce sont les particules élémentaires constituant la matière noire ont permis l'évolution cosmologique.

Il y a quelques années, les galaxies naines entourant la Voie Lactée n'auraient pu être observées avec les moyens de l'époque. C'est la conjonction de nouveaux modèles cosmologiques et de nouveaux moyens d'observation qui les mis en évidence et permit d'inférer leur âge au regard de celui de la Voie Lactée.

Ces nouvelles hypothèses  concernant l'âge des galaxies naines permettent selon  les chercheurs de mieux comprendre les modalités de formation de l'univers dans son ensemble.

Référence :

The Imprint of Cosmic Reionization on the Function of Galaxies
Auteurs: Sownak Bose, Alis J. Deason et Carlos S. Frenk
The Astrophysical Journal, Volume 863, Number 2

Abstract

The (re)ionization of hydrogen in the early universe has a profound effect on the formation of the first galaxies: by raising the gas temperature and pressure, it prevents gas from cooling into small halos, thus affecting the abundance of present-day small galaxies. Using the Galform semi-analytic model of galaxy formation, we show that two key aspects of the reionization process—when reionization takes place and the characteristic scale below which it suppresses galaxy formation—are imprinted in the luminosity function of dwarf galaxies. We focus on the luminosity function of satellites of galaxies like the Milky Way and the LMC, which is easier to measure than the luminosity function of the dwarf population as a whole. Our results show that the details of these two characteristic properties of reionization determine the shape of the luminosity distribution of satellites in a unique way, and are largely independent of the other details of the galaxy formation model. Our models generically predict a bimodality in the distribution of satellites as a function of luminosity: a population of faint satellites and population of bright satellites separated by a "valley" forged by reionization. We show that this bimodal distribution is present at high statistical significance in the combined satellite luminosity function of the Milky Way and M31. We make predictions for the expected number of satellites around LMC-mass dwarfs where the bimodality may also be measurable in future observational programs. Our preferred model predicts a total of 26 ± 10 (68% confidence) satellites brighter than M V  = 0 in LMC-mass systems.

Notes

https://fr.wikipedia.org/wiki/Liste_de_galaxies_satellites_de_la_Voie_lact%C3%A9e

Le parsec https://fr.wikipedia.org/wiki/Parsec#D%C3%A9finition_actuelle

Le parsec est une unité de longueur utilisée en astronomie valant, par définition, exactement 648 000 unités astronomiques. L'unité astronomique  correspond approximativement à la distance entre la Terre et le Soleil soit environ 150 millions de kilomètres. Le kiloparsec représente 1000 parsecs

Une année-lumière est égale à la distance parcourue par la lumière dans le vide pendant 1 année, soit environ 9 461 milliards de kilomètres.

 

 

21/08/2018
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